Células-tronco em modelo de lesão cutânea infectada : efeito antimicrobiano e alterações na cicatrização

Abstract

Introdução: Células-tronco mesenquimais podem atuar como facilitadores dos processos de reparação e regeneração suprimindo a liberação de citocinas pró-inflamatórias, estimulando aquelas de natureza anti-inflamatória e atuando na regulação da resposta a infecções. Apesar destes efeitos estarem insuficientemente caracterizados, sabe-se que o reconhecimento de bactérias por receptores específicos da membrana celular desencadeia uma resposta inflamatória e imune no tecido que tem o potencial de modular o processo de reparação, tornando essas células atraentes candidatas em aplicações terapêuticas. Objetivos: Este estudo avaliou a aplicação de células-tronco mesenquimais, derivadas de tecido adiposo de suíno, em feridas experimentalmente induzidas e contaminadas, quanto à sua capacidade antimicrobiana e alterações no processo de cicatrização cutânea in vivo. Também avaliou o metabolismo, proliferação celular e secreção de peptídeo antimicrobiano PMAP-23 em células tronco adiposo derivadas de suínos in vitro, mediante estímulo com Lipopolisacarídeo (LPS). Métodos: Para os ensaios in vivo 8 suínos foram divididos em dois grupos: Controle (C) (solução salina) ou ADSC (células tronco). Foram confeccionadas seis feridas de espessura total com 4 cm de diâmetro na região dorsal dos animais, infectadas experimentalmente com E.coli (108 CFU em 100μL de solução salina). Nos dias 3,5, e 7 pós infecção as lesões do grupo ADSC foram tratadas com 106 cels/mL (P3) em solução salina. Foram realizados testes histopatológicos, imunohistoquimicos e de força tensil nas feridas, para mensurar parâmetros de qualidade cicatricial. Para a realização dos ensaios in vitro as culturas celulares (1×104 cels/cm2 em P3) foram estimuladas com adição de 10 μg/mL de LPS de E. coli 0111:B4 em meio de cultura completo e incubadas por 1 ou 7 dias. As células do grupo controle foram suplementadas com PBS para controle do veículo e mantidas nas mesmas condições. Para a determinação de proliferação celular foram submetidas à ensaio de SRB, para a a atividade metabólica foi realizado ensaio de MTT e a quantificação de PMAP-23 foi mensurada por ELISA. Resultados: Foi possível verificar, nos experimentos in vivo que a força tensil das cicatrizes do grupo tratado foi significativamente maior (p<0,001) aos 21 dias de análise. Também houve aumento significativo (p=0.03) na concetração de PMAP-23 no D3 do grupo tratado com ADSC. Nas análises de resposta inflamatória, taxa de contração e tempo de fechamento da ferida não houve diferença significativa entre os grupos. Nos experimentos in vitro observamos aumento significativo (p=0.001) na atividade mitocondrial mediante exposição prolongada ao LPS e aumento significativo da secreção de PMAP-23 (p<0.04). Conclusões: Os resultados encontrados sugerem que as toxinas produzidas pelas bactérias não impactam negativamente nas propriedades de imunomodulação e cicatrização das células mesenquimais, possibilitando a aplicação de terapia celular em ambientes de ferida contaminada.

Background: Adipose-derived mesenchymal stem cells (ADSCs) are characterized by their modulation of host-immune responses ability. On the basis of these properties, ADSCs are currently under clinical investigation in a range of therapeutic applications. More recently, its antibacterial activity has also been demonstrated. However, data on the direct interaction between MSCs and microbial pathogens are sparse, it has been demonstrated that MSCs exhibit a cell autonomous, broad-spectrum antimicrobial effector function. Objectives: We evaluate the effect of Escherichia coli infection on the biomechanical strength and histological quality in a porcine in vivo model of wound healing and investigated the impact of bacterial lipopolysaccharide (LPS) on proliferation, metabolic activity and PMAP-23 functional assays of mesenchymal stem cell cultures derived from porcine adipose tissue. Methods: For in vitro assays eight animals was randomly divided in two groups: Control and ADSC. Under general anesthesia, a total of six 4cm (diameter) full-thickness cutaneous lesions were surgically inflicted on dorsal surfaces and at days 3, 5 and 7 each lesion was intradermally injected with either saline or ADSC (106 cells/mL). Biopsies were assessed for histopathological, immunohistochemical and tensile strength analysis. For in vitro analisys ADSCs, in P3, (1×104 cells/cm2) were incubated with 10 μg/mL lipopolysaccharide (LPS) from E coli 0111:B4 for the LPS group. Incubation with bacterial endotoxin was maintained for short-term (1-day post-challenge: D1) or long-term (7-days post-challenge: D7). After the exposure period to bacterial toxins, cells were tested to determinate proliferation (SRB assay), metabolic activity (MTT assay) and PMAP-23 quantification (ELISA). Results: The tensile strength of the wound showed significant improvement (p<0,001) at 21 days of healing. There were significant differences (p=0.03) between groups in PMAP-23 concentration at D3, with increased concentration levels found in ADSC – treated group. There was no significant difference in wound contraction percentages, time of healing and inflammatory response for CTRL and ADSC group. In in vitro assays cell proliferation was not affected by LPS, while mitochondrial metabolic activity was promoted p=0.001) by prolonged exposure to LPS. In addition, exposure to LPS induced a significant higher PMAP-23 p<0.04) secretion. Conclusions: collectively, these findings suggest that toxins produced by bacteria do not affect the intrinsic properties of ADSCs and consequently, application of stem-cell therapies in the context of infection may have therapeutic effect.